基于H.323視頻會議系統移動終端的研究和實現

摘要：隨著科技的發展，視頻會議廣泛地應用于各個領域。文中介紹了視頻會議系統的發展，視頻會議系統主要由終端、網守、網關和MCU組成，它們分別實現不同的功能。在現有的技術前提下，為了提高視頻會議系統的性能，提出了一種基于H323協議和個人通信設備的便攜式視頻會議終端的設計方法和實現。

關鍵詞：視頻會議；H.323；便攜式移動終端；音視頻壓縮編碼模塊

中圖分類號：TN92-34 文獻標識碼：A 文章編號：1004-373X(2012)03-0093-03

引言

隨著通信技術綜合化、數字化、智能化和個人化的發展以及計算機網絡技術的日益成熟，在網絡平臺上實現語音、數據和圖像等多種業務已經成為通信行業發展的目標和必然趨勢。傳統的通信方式如電話、傳真等由于無法達到“面對面”的溝通效果，不能滿足人們日益增長的交流需求。視頻會議系統在這種背景下不斷發展。

視頻會議系統包括軟件視頻會議系統和硬件視頻會議系統，是指兩個或兩個以上不同地方的個人或群體，通過現有的各種電氣通信傳輸媒體，將人物的靜、動態圖像、語音、文字、圖片等多種資料分送到各個用戶的計算機上，使得在地理上分散的用戶可以共聚一處，通過圖形、聲音等多種方式交流信息，增加雙方對內容的理解能力。因此基于IP網絡依照H.323標準的視頻會議系統收到了極大的關注。H.323協議制定了無QoS(服務質量)保證的分組網絡PBN(Packet BasedNetworks)上的多媒體通信系統標準，解決了點對點以及多點視頻會議中諸如呼叫與會話控制、多媒體與帶寬控制等問題。

1H.323協議的視頻會議系統的結構

一套完整的視頻會議系統由視頻會議終端、多點控制單元(MCU)、網絡管理軟件(網守和網關)、傳輸網絡以及相關附件構成如圖1所示。其中MCU是整個系統的神經中樞，是主要的控制設備。它將各個會議終端采集到的本地信息通過傳輸網絡完成信息的交換和控制實現視頻會議。因此視頻會議終端所采集到的信息的好壞直接影響到會議的進程。

視頻會議終端分布在各會場。其基本功能是通過攝像頭和麥克風輸入的圖像及語音經過編碼器壓縮編碼，利用終端呼叫IP地址或建立專線連接，將數據傳輸到其他會場，同時對網絡傳來的數據進行解碼，將圖像和聲音還原到電視和音響上，從而實現與遠端的實時交互式交流。一臺終端設備通常包括一個核心編解碼器、一個攝像頭、一個全向麥克風和一個遙控器。目前主要的視頻會議終端有四種：

(1)會議室型，會議室視頻終端一般都是硬件級別的專用設備，產品集成化程度較高，具有多種外接接口，可以直接與會議室音像系統相連接，比如混音器、分屏器、投影儀、多媒體音箱、電視機等。在系統輸出的圖像效果方面，會議室視視頻終端能夠達到電視機全屏尺寸。可在專用網絡上傳輸高清視頻和高質量音頻。實現了一個集視頻交互、音頻交互、屏幕廣播、遠程控制、文字交流、電子白板、文檔共享、文件傳輸等多項功能于一體的綜合多媒體遠程會議平臺。適合大型企業，對網絡要求高。

(2)機頂盒型，在一個單元內包含了所有的硬件和軟件，放置于電視機上。安裝簡便，設備輕巧，音視頻效果一般。開通視頻會議只需要一臺普通的電視機和一條ISDN BRI線或局域網連接。視頻會議終端還可以加載一些外圍設備例如文檔投影儀和白板設備來增強功能。主要應用：機頂盒型終端通常是各部門之間的共享資源。

(3)軟件視頻，泛指桌面型終端，通過軟件依靠PC機攝像機和處理器與外界進行數據的交換。它能有效地使在辦公桌旁的人或者正在旅行的人加入到你的會議中，與你進行面對面的交流。這種類型對PC機處理器的性能要求比較高，對自帶的攝像頭的清晰度也有要求。主要應用：桌面型視頻會議終端通常配給辦公室里的特殊人或者在外出差工作的人。雖然桌面型視頻會議終端支持多點會議(例如會議包含2個以上會議站點)，但是它多數用于點對點會議。

(4)網真是一種通過結合高清晰度視頻、音頻和交互式組件，在網絡上創建一種獨特的“面對面”體驗的新型技術。用戶會感覺與對話方共處一室，坐在同一個“虛擬會議桌”旁，能看到對方，與之交流，甚至越過其他會議參與者互相交談，完全象面對面坐在一起一樣。它的技術含量非常高，成本不菲，主要目標是縮短用戶與他們的個人和職業生活中重要的人員、地點和活動之間的距離，以及更加有效地進行交流、合作。國際性客戶、大型企業和大型商業客戶都是其可能的用戶，針對的主要行業包括政府、金融服務、醫療和制造業。

會議室型和機頂盒型性能好但是體積大、成本較高。不易移動，適用于大中型企業；軟件視頻的性能依賴于PC機的硬件配置，一般效果不理想；網真技術復雜度高，對網絡資源需求大，成本高昂，適合國際性企業。為滿足大眾的需要，下面提出一種低成本、性能好的基于個人通信設備的便攜式視頻會議終端的設計與實現。

2便攜式視頻會議移動終端的設計與實現

針對目前的視頻會議系統的不足，無法滿足低成本、高性能，隨時隨地地加入視頻會議的需求，提出了一種基于個人通信設備(如筆記本電腦、可連接網絡的電視機，處理器功能強大的智能手機等)的便攜式視頻會議終端設計方法，該視頻會議終端將輸入模塊、音視頻信號壓縮編碼模塊、電源模塊等集成在一個便攜的終端盒里，通過USB連接方式與個人電腦或者移動通信工具等個人通信設備相連，視頻會議終端客戶端軟件在個人通信設備上自動運行，個人通信設備只要能連上網(有線網、3G網絡、WiFi無線網絡)通過視頻會議系統就可以實現多方視頻會議，如圖2所示。

如圖2所示，本方案包括輸入模塊、音視頻壓縮編碼模塊、USB接口模塊、電源模塊、終端客戶端軟件模塊以及散熱系統：

(1)輸入模塊接收本地音視頻信號的輸人。輸入模塊主要包括麥克風和高清攝像頭。麥克風接收本地音頻信號輸入，攝像頭接收本地視頻信號的輸入。輸入模塊將接收到的音視頻信號傳遞給音視頻壓縮編碼模塊。

(2)USB接口模塊，通過USB連接方式與個人通信設備連接，個人通信設備再與外部網絡連接，接入視頻會議系統，實現視頻多方會議。

(3)音視頻壓縮編碼模塊是本方案的核心部分。它將輸入模塊接收到的音視頻信號壓縮成為本地壓縮編碼，將本地壓縮編碼提供給USB接口傳輸給個人通信設備，然后個人通信設備再通過外部網絡接入視頻會議系統向遠程視頻會議終端和服務器發送音視頻壓縮編碼，達到信息交換的目的。

(4)電源模塊包括可充電電池、電源適配器，USB接口充電模塊，具有兩種供電方式：通過電源適配器外接電源直接向視頻會議終端供電；通過USB接口外接通信設備向電池充電，由電池給視頻會議終端供電。

(5)視頻會議終端客戶端軟件包括視頻、音頻信號采集模塊、音視頻信號播放模塊、遠程音視頻信號接收模塊。它安裝于個人通信設備上。音視頻信號采集模塊和音視頻信號播放模塊用于控制所述便攜式會議終端進行音視頻信號的采集和播放，音視頻信號接收模塊用于實現多方視頻會議終端實現通信。

(6)該視頻會議終端還包括散熱系統，散熱板和散熱孔，用來保證該終端的長期穩定的運行。

如圖2所示，音視頻壓縮編碼模塊連接到音視頻采集模塊和USB接口模塊，音視頻壓縮編碼模塊從音視頻采集模塊接收本地音視頻信號，將信號壓縮成為符合國際標準的本地壓縮編碼，將本地壓縮編碼通過USB接口模塊傳輸給個人通信設備，然后再通過個人通信設備所連接的通信網絡向外部傳輸編碼信號，此外，個人通信設備通過所連接通信網絡在視頻會議系統中接收遠程壓縮編碼，利用視頻會議客戶端軟件進行解碼，還原遠程音視頻信號，達到交流的目的。

根據上述設計的設計方法，采用DM642音視頻處理器.內置高清攝像頭、麥克風和一些其他硬件模塊來實現便攜式視頻會議移動終端，總體實現方案如圖3所示。

DM642A多路處理平臺是基于TI的DSPTMS320DM642芯片設計的評估開發板。其計算能力可達到4GIPS，可用于視頻采集，實現復雜的音頻視頻壓縮算法，帶有以太網口，可通過數據。DSP系統電源設計模塊是關鍵，高精度的供電才能保證系統正常工作。系統采用5V電源驅動2個MOSFET的DC-DC調整器(TPS54310)分別供給DSP的核心電壓CVDD(1.4V)和外圍電壓DVDD(3.3V)。在3.3V和1.4V電源之間連接肖特基二極管，保證DM642內核和外部端口同時供電。T1公司的TPS54310的輸出精度是1％，完全滿足DSP工作要求。視頻輸入器件SAATll3H、視頻輸出器件SAA7105H和CPLD都需要3.3V供電，選用AMSIll7-3.3V為這些器件供電。系統的地分為系統地、視頻輸入地、視頻輸出模擬地、音頻模擬地和網絡模擬地6部分。從電源進來的是系統地。在PCB設計中，各地與系統地之間采用220Ω，100MHz的磁珠在一點連接起來。調試中，只要電源部分工作正常，都可以通過JTAG口將程序下載到DM642中，進而調試其他模塊。

系統以DM642為核心，包括視頻輸入、輸出模塊，存儲模塊，通信模塊等。DM642集成有3個視頻(Vid-eo Port，VP)口，每個視頻口是由20b數據線、2個時鐘信號VPxCLK0(輸入)和VPx-CLKI(輸入/輸出)組成，每個視頻口被分為上(B)、下(A)2個通道，VPO的A通道與McBSPO復用，VPl的A通道與McB-SPl復用，VPO和VPl的B通道與McASP復用，VP2則為單功能引腳。其中輸入、輸出模塊由2片解碼器(TVPSl50)和1片編碼器構成，可以同時輸入1路視頻，輸出1路視頻。存儲模塊主要由FLASH和2片SDRAM組成。此外系統還包括JTAG仿真接口和網口，可以方便地與外界通信。基本工作原理是由CCD攝像頭采集輸入的模擬視頻信號，經過視頻解碼器轉換成數字視頻信號，送到DM642，DM642再將采集的視頻數據用H.264標準編碼壓縮后通過USB接口傳送到PC機上，然后再通過移動終端的客戶端軟件上傳到視頻會議主會場。

3有待解決的問題

移動終端的兼容性由于H-323協議的開放性，導致一些視頻會議系統設備廠商對協議的修改程度不一樣，標準不統一，以至上述設計的移動終端與其他廠家設備兼容性有待提高。

高清性

由于是便攜式移動終端，采用內置攝像頭體積小，性能不高，像素無法達到高清要求。

實時性對于通信來說，QOS尤為重要。目前也有很多解決基于IP網絡的QOS問題的技術，但是還是無法保證實時性，有一定的傳輸延遲，導致音視頻的延遲或者抖動。

4結語

近幾年來，視頻會議越來越多地應用在人們的溝通和交流中，它既能夠高效合理地利用時間、提高工作效率。便攜式移動會議終端與傳統的硬件視頻會議設備相比較，可以利用現有的網絡環境和個人通信設備，并能夠提供不遜色于傳統硬件設備的音視頻質量和更為豐富的數據協作功能。又大大節省了出差費用、減少了旅途奔波之苦。隨著高性能的處理器不斷發展，成本不斷降低，便攜式移動會議終端是必然的進化過程。

參考文獻

[1]畢敏娜，王清陽，胥布工.基于H.323的視頻會議系統及應用IJ].微計算機信息，2006·22(15)：156-158.

[2]鄭志平.基于H.323視頻會議學習環境下的互動模式研究[J].現代遠距離教育，2007(6)：62-65.

[3]孫明俊.H.323的視頻會議系統[M].電信網技術，2003(10)：17-19.

[4]劉海疆，周培祥.網絡媒體應用技術[M].北京：清華大學出版社，2005.

[5]廖偉平，黃志，丘昊，等.Dlrectshow視頻捕捉在H_323視頻會議系統中的應用[J].微計算機應用，2009(2)：31-34.

[6]陳麗霞，范士勇，劉鑫，等.基于H.323視頻會議系統及其組成口].通信技術，2008(6)：12-14.

[7]李小超.基于H.323的視頻會議客戶端的設計與實現[D].北京：北京郵電大學，2008.

[8]郭福民.視頻會議系統在VPN網絡中的設計與應用[J].民用飛機設計與研究，2010(2)：62-64.

[9]汪陳伍，邢林虎.H.323視頻會議多點顯示單元的實現[J].西安郵電學院學報，2010(1)：27-30.

[10]周明天.TCP/IP網絡原理與技術[M].北京：清華大學出版社，1993.